振動沉模超薄防滲墻技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

王輝雄

（漳州市水利水電勘測設(shè)計研究院，福建 漳州 363000）

一、概 述

振動沉模超薄防滲墻（雙模板法）技術(shù)，是一項新設(shè)備、新技術(shù)、新工藝。該項技術(shù)已通過水利部科技推廣中心組織的鑒定，被評定為“國際先進(jìn)水平”，國家專利局授予其一項發(fā)明專利、四項實用新型專利。其主要優(yōu)點如下：技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、工效高，一次連續(xù)成墻、質(zhì)量易于控制，防滲墻整體防滲能力強，設(shè)備性能穩(wěn)定，單價便宜。國家科學(xué)技術(shù)部將該項新技術(shù)列入《“九五”國家科技成果重點推廣計劃指南項目（六）》，以國科發(fā)計字〔1999〕378號文推薦全國。該項新技術(shù)在漳州地區(qū)首次應(yīng)用，即漳州市江濱大道防洪堤石堤段改建工程。

漳州市江濱大道位于九龍江西溪下游北岸，其中從洋老洲到草寮尾的石堤段長2.323km，路幅寬度50m。由于現(xiàn)有石堤的位置和結(jié)構(gòu)無法滿足江濱大道的建設(shè)，因此對原有的防洪堤進(jìn)行改建。改建堤線全長2.323km，屬一級堤防，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。擬建的防洪堤采用C25鋼筋砼防洪墻，堤高6.5m，見圖1。

該堤基表層為雜填土，下伏沖洪積、海積地層，基巖為花崗閃長巖，共分8層，其中，第3層粗砂、第6層粗砂、第7層砂卵石的滲透性能均好，屬強—極強透水性。針對該工程的地基地層情況可采用垂直防滲措施，其施工工藝主要有以下四種：振動沉模超薄防滲墻法、射水法、液壓抓斗開槽建墻法（薄壁抓斗）和高壓噴射灌漿法。經(jīng)綜合分析比較，該工程選用振動沉模超薄防滲墻法。

二、基本原理

振動沉模超薄防滲墻技術(shù)是利用振動機械的動力將空腹模板沉入地層，隨即向空腹板的腹內(nèi)管道注滿漿液，當(dāng)振動模板提拔時漿液在漿泵高壓作用下從模板底端注入槽孔內(nèi)，邊拔槽邊注漿，隨著模板的提出，自下而上就形成了一道水泥砂漿墻體，由于相鄰墻體連續(xù)作業(yè)，最后形成了一條連續(xù)的防滲墻帷幕?；驹硎抢谜駝渝N帶動空腹鋼模板，連續(xù)完成造槽、固壁、灌注漿液，建造水泥砂漿或砼連續(xù)防滲墻。省略了傳統(tǒng)工藝繁瑣的工序，避免了影響墻體質(zhì)量的諸多因素。

三、設(shè)計應(yīng)用

圖1 防洪堤標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

防滲墻設(shè)計的基本要求是，不產(chǎn)生危及堤壩安全的滲流破壞和減少滲透流量，以達(dá)到堤壩安全可靠運行的目的。根據(jù)防滲工程要求，提出科學(xué)合理的設(shè)計指標(biāo)，以達(dá)到技術(shù)可靠、質(zhì)量好、造價低、工效高的目的。結(jié)合該工程實際，防滲墻設(shè)計主要內(nèi)容如下：

1.防滲墻平面位置的確定

防滲墻的平面位置應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和工程結(jié)構(gòu)，結(jié)合該項技術(shù)的特點合理布置。

經(jīng)綜合分析，該工程防滲墻軸線應(yīng)與防洪堤軸線平行，距防洪堤軸線4.5m，位于防洪堤外側(cè)，見圖1。

2.防滲墻深度的確定

根據(jù)堤基地質(zhì)資料，該工程所在地層為深厚透水地層，擬采用懸掛式防滲方案，防滲墻深入透水地層的深度按2.5倍左右水頭確定，故原則上防滲墻深度采用14.8m。如果防滲墻底部位于相對不透水層的第4層淤泥、第5層輕砂質(zhì)粘土上的局部地段，防滲墻深度則可適當(dāng)縮短。但防滲墻底深入相對不透水層的深度應(yīng)通過計算確定。

防滲墻嵌入相對不透水層深度按下式估算：

ΔHmax為作用在防滲墻上下游面上的可能的最大水頭差（單位：m），其值一般由滲流計算確定。

[j]為嵌入土層的接觸允許坡降，粘土層可以取第6～8層。

經(jīng)計算，防滲墻底應(yīng)深入相對不透水層1.0m。

3.防滲墻厚度的確定

防滲墻的厚度與墻體的質(zhì)量、工程造價密切相關(guān)，是防滲墻設(shè)計的重要技術(shù)指標(biāo)。防滲墻厚度按下式估算：

d=ΔHmax/[J]

[J]=Jmax/η

式中：d為防滲墻的厚度。

ΔHmax為作用在防滲墻的最大水頭差。

[J]為容許抗?jié)B坡降。

η為抗?jié)B坡降的安全系數(shù)，一般取第3～5層。

Jmax為防滲墻滲透破壞坡降。

作用在防滲墻的最大水頭差一般由滲流計算確定，滲透破壞坡降一般由室內(nèi)試驗測定。根據(jù)作用在防滲墻的最大水頭差及滲透破壞坡降，經(jīng)計算，防滲墻厚度采用12cm。

4.防滲墻設(shè)計參數(shù)

振動沉模超薄防滲墻的設(shè)計參數(shù)直接關(guān)系到防滲墻墻體的質(zhì)量和工程造價，設(shè)計時需慎重選擇。該工程根據(jù)防滲墻的重要性，采取試驗、綜合分析等手段，提出如下設(shè)計參數(shù)：

(1）防滲墻滲透系數(shù)<1×10-7cm/s，滲透坡降Jmax＞500。

(2）防滲墻抗壓強度采用4Mpa，彈性模量采用4×103Mpa。

(3）防滲墻墻體材料原則上采用水泥砂漿。水泥采用強度為32.5級的普通硅酸鹽水泥。其漿液配比應(yīng)根據(jù)設(shè)計墻體的物理力學(xué)指標(biāo)要求及地質(zhì)地層情況，通過現(xiàn)場試驗得出。

事實證明，該工程選定的防滲墻設(shè)計參數(shù)是經(jīng)濟(jì)合理的。

5.堤身與其他建筑物連接處的技術(shù)措施

設(shè)計應(yīng)用的關(guān)鍵問題是，部分地段（如戰(zhàn)備大橋下、旱閘、水閘、居民居住區(qū)及其他建筑物的連接處）無法采用振動沉模工藝（機械設(shè)備無法擺放），該如何建造防滲墻？結(jié)合該工程的具體情況，經(jīng)過充分的比較、論證，建議采用高壓擺噴防滲墻過渡銜接。即主要方案采用振動沉模工藝，上述部分地段采用高壓擺噴過渡銜接。銜接處的搭接方式、搭接長度以及高壓擺噴防滲墻的設(shè)計參數(shù)等內(nèi)容均應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。

由于深入現(xiàn)場，針對每一連接處的具體情況，靈活運用振動沉模工藝和高壓擺噴灌漿的綜合技術(shù)，因此該工程設(shè)計的防滲墻整體防滲性能強，質(zhì)量可靠。

四、施工工藝及質(zhì)量控制

該項新技術(shù)施工工藝簡單，質(zhì)量控制可操作性強。

1.施工工藝

先用振動錘將矩形的鋼板樁振入地下,達(dá)到設(shè)計深度后停止。用3PN立軸泥漿泵使水泥漿通過高壓管輸送到鋼板樁，經(jīng)樁尖處特別設(shè)計噴門噴出。一邊灌漿，一邊緩慢提升鋼板樁，直到完成全樁灌注。振動沉模超薄防滲墻（雙模板）施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程簡圖

2.質(zhì)量控制

防滲墻質(zhì)量控制主要措施為：水泥、砂、外加劑等原材料的定量質(zhì)量檢測；控制空腹模板的沉入深度、厚度和沉入塊數(shù)，以保證防滲墻的深度、厚度和長度；用比重計、稠度計及泵入量控制每次拌合材料用量，確保注漿材料配合比、密度和稠度、注漿量滿足設(shè)計要求。

防滲墻墻體的質(zhì)量檢查主要有分段檢查、針對性檢查和抽樣檢查等幾種方式。

五、應(yīng)用效果

防滲墻墻體兩側(cè)土體經(jīng)板層壓縮后，與墻體一同起防滲作用，防滲效果好。振動沉模超薄防滲墻法成墻效率較高，每天可造墻200m2以上；單價較低，12cm厚墻每平方米造價250元左右。該工程共完成振動沉模超薄防滲墻2.2萬m2，工程造價約546萬元，工期約5個月，于2007年2月完工。與傳統(tǒng)工藝防滲墻相比，該防滲墻節(jié)省投資約330萬元，縮短工期約5個月，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

工程指揮部委托福建省水利水電科學(xué)研究所對該防滲墻進(jìn)行工程質(zhì)量抽檢，檢測結(jié)果質(zhì)量均滿足設(shè)計要求。該工程已通過竣工驗收。

至今，該防滲墻已經(jīng)過3年汛期洪水的考驗，安然無恙?？梢姡擁椥录夹g(shù)質(zhì)量可靠，效果好。

六、結(jié) 語

振動沉模超薄防滲墻法屬專利技術(shù)，具有技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量可靠、工效高、單價低、效果好等優(yōu)點，主要應(yīng)用于江河、水庫、湖泊堤壩等垂直防滲工程。該項新技術(shù)適用范圍廣，值得推廣應(yīng)用。為了更好地應(yīng)用該項新技術(shù)，設(shè)計過程應(yīng)注意以下兩點：

1.提出科學(xué)合理的設(shè)計指標(biāo)

各個工程，防滲墻深度、厚度、墻體抗壓強度、滲透系數(shù)和抗?jié)B坡降等指標(biāo)均不同。只有通過計算、試驗和綜合分析等手段，選擇合理的、切合工程實際的各項指標(biāo)，才能達(dá)到技術(shù)可靠、質(zhì)量好、造價低、工效高的目的。

2.與其他防滲墻技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

由于振動沉模超薄防滲墻法存在機械設(shè)備體積較大、造墻深度局限在15m左右等不足之處，下述情況需考慮與其他防滲墻技術(shù)結(jié)合應(yīng)用：遇到橋梁、水旱閘等建筑物時，連接處可采用高壓擺噴防滲墻過渡銜接；對于防滲墻深度要求超過15m的,可以采用15m以上部分為振動沉模超薄防滲墻、下部為高壓噴射灌漿的綜合技術(shù)。

【1】GB50286-98,《堤防工程設(shè)計規(guī)范》.

【2】《振動沉模（雙模板法）超薄防滲墻技術(shù)規(guī)程》,山東華水水電工程有限公司編,2006-1.